应用放大器在设计HEV/EV汽车动力电池管理系统中的重要性分析

混合动力纯电动车（HEV）和纯电动车（EV）往往深受热烈欢迎，由于他们具备低（零）排污和低维护保养规定，一起出示了更高的高效率和驱动器特性。新的HEV/EV企业大势所趋，并且目前的汽车企业正大举项目投资HEV/EV销售市场，以角逐市场占有率。

HEV/EV汽车动力系统的关键取决于系统软件。该系统软件从电力网获得电力工程，将其储存在充电电池中（静止不动时），并从充电电池获得动能以旋转电动机并挪动车子。该系统软件包括4个分系统：车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）、DC-DC转化器（DC/DC）及其逆变电源和电机控制（IMC），如图所示1图示。在HEV/EV的BMS中常常忽视放大器的协调能力和成本费经济效益。因而，文中将重中之重详细介绍BMS及其布置工作人员怎样在系统软件中应用放大器。

图1：典型性的含有OBC、BMS、DC/DC、逆变电源和电机控制的HEV/EV系统图

BMS的功效是啥？

BMS维护保养和监控器充电电池，包含合理和安全性地电池充电和充放电。BMS相对性地均衡每一单个充电电池的工作电压和正电荷，监控器充电电池的身体状况，使充电电池维持安全性的操作温度，并保证更长的电池循环次数。BMS应当避免例如充电电池不断过多充放电，由于这将减少电池循环次数，或应避免过多电池充电，由于这将会会毁坏充电电池并造成火灾事故或发生爆炸。HEV/EV中的充电电池是很多串联和并联的锂电池组成，能够考虑需要的工作电压和动能。待彻底电池充电后，单独锂电池的工作电压为4.2V，充放电时贴近2.8V。HEV/EV中填满电的充电电池工作电压范畴为200V至800V。图2是典型性的BMS框图。

图2：BMS系统框图

我们一起回望一下下BMS的关键作用。

充电电池电流量磁感应

监控器键入锂电池组的电流量和輸出锂电池组的电流量尤为重要。在主锂电池中，该电流量的尺寸通常达到百余安培。霍尔传感器、磁感应控制器或分离变阻器上的防护放大器一般 用以充电电池冷侧（低压）到热侧（高工作电压）电流量感测。这种防护电流量感测解决方法能够具备仿真模拟差分信号輸出数据信号。防护电流量感测致力于维持热侧和冷侧分离出来，并将有关感测出的电流量的仿真模拟信息内容出示给主微处理器中的由底压开关电源供电系统的模数转换器（ADC）。这类电流量感测一般 不用十分精确。运算放大器将差分信号变换为单端数据信号（以接地装置为参照），提升动态范围，并驱动器ADC。在BMS中，一般 应用电流量分离监控开展精准的热侧电流量感测。

图3图示为不一样工作电压域的带防护放大器和与运算放大器电路（用以带直流电传送作用的电流量感测）。分流电阻上造成的工作电压VSHUNT由1个防护放大器变大，做为其防护輸出的差分信号輸出数据信号VDIFF。运算放大器将差分信号VDIFF变换为单端数据信号OUT，并根据向数据信号释放2 V/V的收获来提升动态范围。防护放大器偏位决策了原始电流量感测精密度。差分放大器的共模抑制比关键由电阻器容时决策。

图3：用以防护电流量感测的带运算放大器的防护放大器

DC-DC转化器从HEV/EV中的主髙压充电电池转化成独立的48V充电电池分系统。这个48V充电电池分系统为中央空调、加温、刹车系统驱动力转为出示驱动力，并出示比应用铅酸蓄电池的传统式12 V开关电源轨更高的高效率。48V分系统没有主充电电池那麼高的电流量负荷，但依然必须电流量感测，这就是说为什么它有自身的当地BMS。在48V BMS中，非防护高精密电流量分离监控用以主电流量感测，双重运算放大器电流量感测电源电路作为沉余过电流保护。图4图示为开展双重电流量感测的与运算放大器电路。

图4：低侧双重电流量磁感应与运算放大器电路

充电电池工作电压感测

必须像电流量相同监控器充电电池的工作电压。在防护工作电压检验中，电阻分压器将高工作电压从充电电池分压电路到放大器的共模键入范畴。防护放大器感测出分压电路工作电压，差分放大器配备中应用的运算放大器将防护放大器中的差分信号輸出数据信号变换为单端輸出。若不用防护，则差分放大器配备中的运算放大器能够实行立即工作电压感测。

图5图示为选用防护放大器和运算放大器的防护工作电压感测。防护放大器防护热侧和冷侧，并輸出收获为1的差分信号。运算放大器将差分信号变换为单端輸出，并使ADC收获考虑全动态范围。该工作电压被馈送到冷侧MCU中的ADC。

致力于BMS布置的集通过率集成ic可追踪每一锂电池的工作电压并均衡正电荷。以菊花链方法联接这种输出功率集成ic能够一起精确测量全部锂电池的工作电压，均衡这种充电电池上的工作电压，并将此信息的传递给MCU。

图5：根据防护放大器和运算放大器感测防护工作电压

防护漏流电流量精确测量

如同我以前提及的那般，髙压200至800V侧与车子汽车底盘接地装置和别的底压域（12 V和48 V）维持防护。根据检测防护终断精确测量充电电池工作电压和泄漏电流量还将造成精确测量髙压轨与汽车底盘接地装置的底压中间的电阻器或泄露。小车髙压和防护泄露精确测量参照布置表述了检测防护终断。它必须应用己知的电阻器相对路径临时短接护栏网，如图所示6图示

图6：带运算放大器的防护漏流电流量精确测量电源电

必须从髙压充电电池的正级或负级侧掌握常见故障泄露电流的相对路径。当我产生防护终断时，汽车继电器S1坐落于正级侧或汽车继电器S2坐落于负级侧。将该己知的防护电阻器与精确测量的电阻器开展较为能够明确根据防护天然屏障的泄露。

比如，当S1关掉时，假如在负级侧无渗漏，则ISO_POS工作电压将相当于Vref。若在负级侧存有泄露电流（防护毁坏），则ISO_POS工作电压将不一定Vref。因为泄露电流穿过Rps1、Rps2和Rs1、充电电池的正级侧和负级侧到底压侧接地装置，闭环控制收获不一样。具备低键入参考点电流量的运算放大器适用此运用，由于联接到反相键入的特性阻抗将会十分高（在兆欧范围之内）。

溫度检测

HEV/EV必须高工作电压和高电流量，这将会造成高功耗和迅速温度。检测充电电池以及周边系统软件的溫度十分必须，以避免功率过大。若常见故障造成高功耗，充电电池操纵模块将断掉充电电池，以避免发生火灾事故和发生爆炸等勒索软件恶性事件。

这种经济发展合理的溫度感测解决方法是应用运算放大器缓存于与电阻器串连的负温度指数（NTC）热敏电阻器的数据信号。因为BMS和充电电池占位室内空间很大，因而全部系统软件的溫度将会不匀称。这类不匀称的溫度必须在全部BMS中置放好几个溫度感测模块。将于这种模块的数据信号重复使用到单独ADC或MCU脚位必须数据信号调整。还必须缓存和变大数据信号，以考虑ADC的全动态范围。

图7表明了用以缓存放大器或同相放大器配备的运算放大器。具备有效偏位和失衡飘移的成本低髙压运算放大器适用此运用。

图7：应用NTC热敏电阻器和运算放大器开展溫度感测

互锁检测

互锁是1个工作电压和电流量控制回路系统软件，流过HEV/EV系统软件中的一连串分系统，如图所示8图示。互锁从BMS起动并历经逆变电源、DC/DC转化器、OBC再回到BMS，以检测一切伪造、开启髙压系统软件或开启维护保养舱口的恶性事件。小车髙压互锁参照布置表述了互锁系统软件怎样断掉高压线路以避免碰伤。

互锁控制回路关键涉及到感测不用高精精确测量的以单脉冲传送的电流量。紧凑型的解决方法要求可能会致使根据仪表放大器的解决方法。最经济发展的解决方法是在差分放大器配备中应用带运算放大器和吸收合并电阻器的电流量感测电源电路。互锁控制回路并不是高电流量控制回路；因而，您能够应用高值分流电阻，且不容易有高功耗风险性。安全性和确诊作用必须沉余，以遮盖主系统软件产生常见故障时的状况。为检验全部将会的常见故障，将会存有大量必须再次工作电压和电流量感测的状况，及其成本低解决方法变得越来越行得通的状况。

图8：BMS中的互锁系统软件

责任编辑：gt